移动网络手机实时监控系统的设计与实现

的手机实时监控系统的设计方案,涵盖了图像监控和数字监控两条通道, 实现了视频监控、 监控数据 实时查询、 告警和控制命令等功能。针对 图像监控通道中高实时性的要求, 提 出了双缓冲多线程图像捕捉、 自缓冲输入流机制、 双播放器播放模式 等多个创新方法对 系统进行优化。最后结合系统在动力环境监控 系统中应用案例, 表明了系统的可行性和可靠性,且系统具有较高的性能。

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计算机工程与设计 C m u r ni en d e g o pt g e i a s n eE n r g n D i

网络与通信技术

移动网络手机实时监控系统的设计与实现吴建华，徐 浩，丁月华 (南理工大学计算机应用工程研究所，广东广州 504)华 161摘要：通过分析动力环境实时监控系统的实际需求，结合移动网络、 ME、 v媒体框架等技术，出了一个基于移动网络 J 2 Ja a提的手机实时监控系统的设计方案。涵盖了图像监控和数字监控两条通道，实现了视频监控、控数据实时查询、警和控制监告命令等功能。针对图像监控通道中高实时性的要求，出了双缓冲多线程图像捕捉、提自缓冲输入流机制、双播放器播放模式

等多个创新方法对系统进行优化。最后结合系统在动力环境监控系统中应用案例，明了系统的可行性和可靠性，系统表且具有较高的性能。关键词：动网络；手机；实时监控； Jv2微版本；Jv媒体框架移 aa aa

中图法分类号：P 1 T 3

文献标识码： A

文章编号：0072 2 1) 029—3 10 .04(0 0 1.16 0

De in a di lme tt no a—i n t r y tm b l ewo k s n g mp e n ai f e d t o r memo i se i mo i n t r o s n eⅥr Ja . u . XU o DI U in h a Ha . NG e h a Yu。 u

( eerh ntue f o ueAp lai,S uh h a nvri f eh oo y un z o 16 1 C i ) R sa stt o C mptr pi t n o t C i iesyo T cn lg,G ag hu5 0 4, h a cI i c o nU t nAb t a t Af ra ay i g t e a t a e u r me to a-i n t r g a o r q i me ta d e v r n n y t m, a d a o sr c: t n l zn cu l q i e h r e n fr l me mo i i t we up n n i me ts s e t o n p e n o e n i e fa mo i a e a - me mo i r g s se i r p s d wh c o i e t c n l g f o i ewo k

J M E, J F a d S i b l b s d r l i n t i y t m p o o e, e e t on s ih c mb n d wi t h o o y o b l n t r, 2 h e m e M O O l n a d i v l e g d d g tl o i r g c a n 1 T e mo i r g f n t n cu i g v d o mo i rn, dg t l a c u r me t n ov d i n ma e a ii n t i h n e . h n t i u c i si l d n i e n ti g n am o n on o n o ii t a q i a da e n, e e t lr n dd v c o t l n r a ie . T d r s e ih y r a-i e n ei g n t r gc a n l t ec e t e v n ami ga e iec n r l ga e e l d a n o i r z oa d e s g l l med ma d i t h t h e t n h ma emo i i h n e, h r ai o n v meh d c u i g d u l - u e n l - r a aac p u ig a t - u e n p t t a me h n s, d u l ly r l ymo ea e t o s n l d n o b e b f r dmu t t e dd t a t rn, u o b f r g i u r m c a i i a ih i n se m o b e a e a d r p pp i td o t o o t z es se . F n l, ac s f o r q i me t n n i n e t y t m p l ai n i r s n e e f e o n e u p i et y tm t mi h ial y a e o p we u p n d e v r m n se a p i t p e e t dt v r y t a e a o s c o s o i h

faiit, r l bl n ihp roma c f h bl n trn ytm. e sbly ei it a dhg ef r n eo emo i mo i i gs se i a i y t e oKe r s mo i ewo k mo i h n; r a - m emo i r J v 2M i r d t n J v e i r me r y wo d: bln t r; e b l p o e e lt n t; a a c o E i o; a aM d aF a wo k e i o i

0 7言 13技术使得移动网络

的传输速度得到大幅度的提升， G突破了实时监控系统对速度的限制。动手机的性能越来越好，移 屏幕越来越大，小巧轻便，合携带，用手机进行监控，且适使用户能够利用手机的移动性、方便性、时性，时随地的监控目实随 标对象，向被监控对象发送控制指令。监控对象也能实时的被

新的优化方案以提高系统的性能、实时性和可靠性。

1监控系统的总体架构本手机实时监控系统提供两个监控通道：图像监控通道和数字监控通道。图像监控通道传送监控的图片数据和视频数据，字监控通道传送监控的数字数据。如图 1示，机数所手上的监控客户端通过移动网络访问 We服务器。字监控端 b数收集设备的状态数据并对设备发送控制命令；图像监控端通 过 J ( v媒体框架)制视频设备采集图像监控数据。以 MFJ a a控 We务器为中介，数字数据经由数字通道由数字监控端传 b服

把告警和事件信息发送给用户，满足用户快速做出决策的需求。样，这原有 P C监控产品中的部分功能可以延伸到手机上。 这是动力设备及环境集中监控系统未来的一个发展方向。然而目前大部分的手机监控产品存在不足，性能低、率差，如效视

送到手机客户端，图像数据经由图像通道由视频监控端传送到手机客户端。We务器内包括多个接收请求 Srl和装 b服 e e vt封核心处理逻辑的 Jv B a。 aa e n

频监控数据接收延时大和播放不连贯等，能满足动力环境系不统的监控要求。文以动力环境系统监控的需求为背景，合本结

移动网络、2、aa JME J媒体框架等技术设计一个手机实时监控 v系统，现在移动手机上对监控目标的图像监控和数字监控。实

2监控系统设计21监控系统客户端的设计 .监控系统手机客户端基于 JME平台设计。2 2 JME是目前

同时，针对图像监控的高实时性要求，图像数据捕捉与网络在传输、数据获取与播放等方面对图像监控通道的设计提出创收稿日：2 0—61;修订日期 090 .l期：2 0.81。 090— 2

作者简介：

吴建华 (94,男，广东肇庆人，硕士研究生，研究方向为中间件技术；徐浩，博士，工程师，研究方向为移动中间件技术 18一) 丁月华，博士，高级工程师，研究方向为移动中间件与智能中间件技术。Emal Swa r 6 . m i - me@13 o:C c

的手机实时监控系统的设计方案,涵盖了图像监控和数字监控两条通道, 实现了视频监控、 监控数据 实时查询、 告警和控制命令等功能。针对 图像监控通道中高实时性的要求, 提 出了双缓冲多线程图像捕捉、 自缓冲输入流机制、 双播放器播放模式 等多个创新方法对 系统进行优化。最后结合系统在动力环境监控 系统中应用案例, 表明了系统的可行性和可靠性,且系统具有较高的性能。

吴建华，徐浩，丁月华：移动网络手机实时监控系统的设计与实现we b服务器HTTP

2 1,1(0 003 1)

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并绘制到输出设备上。流媒体播放模块结构如图 2所示，通过 Ma ae n gr类的静态方法 cetPa e创建一个播放器 rae l r0 y Pa e对象，以视频数据缓冲区的 Ip s t a作为传入参 l r y n ut r m Se数字流艺 图像流 Jv Ben∽ a a a

数。接着，用 Pa e对象的 raz (行播放器的初始化，调 l r y el e) i进 再通过 Pae的 gt ot l Vd o o t l)法获取控制器 l r y eC nr ( ieC nr”方 o“ oVd o o t l象，最后通过调用 Vdo o t l ii i l— i C nr对 e o ieC n o的 nt s a r D py

Mo e法，并设置为 US UIP I TV d方 E G RMII E模式把控制器在图 1手机实时监控系统架构

手机界面显示出来。

手机等移动设备广泛使用的开发平台。目前绝大手机基本上提供 Jv虚拟机， JME平台上开发应用程序不会受手机操 aa在 2作系统的约束。本系统在手机端基于 JME环境开发监控客 2户端。客户端的主要功能包括网络连接、据 (数图像数据和数字数据 )的接收、理和显示，备控制等。处设 JME提供 H T、 okt网络连接方式，手机能够直 2 T P S ce等使接访问网络资源。考虑到并不是所有的 J VM都支持 S ce o kt 图 2流媒体播放模块结构

为了在图像监控中实现对流媒体视频数据的快速接收与流畅播放，客户端在接收网络数据时引入自缓冲输入流机制， 并在播放时采用双 Pae播放模式。 l r y

A I本系统中手机监控客户端采用 H T P,在 T P的连接方式，通过 H tC n et n类建立与 We务器的连接

。We t o nc o p i b服 b服务器 采用流技术把数据返回给手机， We务器收到用户的合即 b服法请求后把数据包装进一个 Sra t m返回给 JME客户端，户 e 2客端利用输入流 Ip tt a来接收数据，将数据转换为适当 nuS em r并的类型，以便在手机上显示。

31 自缓冲输入流机制 .. 1由于移动网络数据传输的不稳定，了提高流媒体数据为的接收与播放效率，客户端引入自缓冲输入流机制接收网络数据用于构建流媒体视频播放。种缓冲模式不需要服务器这端配合，它能够根据网络和机器性能调整缓冲池的大小以保

22监控系统服务器端的设计 .We b服务器端的 S rl负责接收手机客户端的 H T e e vt T P请求，ev t据请求的类型把请求转交给下层相应的 JvB a Srl根 e a a en

持播放器的视频画面的连贯性。自缓冲输入流类 Sl u ee- e B f rd fIp tt a n uS em继承 Ip tt a重写 Iptt a的 ra(法获 r n uSr m, e n uSr m e ed)方

进行处理。aa en是一种基于 Jv的软件组件，aa en组 Jv B a aa JvB a件可以用来执行复杂的计算任务，以无限地扩充 We应用可 b程序的功能。这里 We服务器的核心逻辑封装在 JvB a在 b aa en

取网络数据。缓冲输入机制的流程如图 3示。所

播放线程检测缓冲区建立 HT P T连接等待缓冲数据

中。其中有 3个主要的 JvB a:数字监控 B a,图像监控 a a en en B a数据库访问 B a。数字监控 B a实时监听并接收数 en和 en e n字监控端的更新数据，调用数据库访问 B a更新本地数据并 e n库。图像监控 B a监听并接收视频监控端发送过来的流媒 e n体视频数据，填入到本地的流媒体数据缓冲区。视频监控端通过 J媒体框架控制视频捕捉设备采集图像数据并进行压 MF缩，后通过 T PS c e连接把数据推送到 We务器上的然 C okt b服图像监控 B a。字监控端收集目标监控设备的状态数据并

e数 n

二工主

可用数据/\/ l Yt

打开输入流初始化缓冲区设置缓冲池大小和缓冲阀值读取流媒体数据 r a ed

读取数据¨

视频数据

实时推送到 We务器上数字监控 B a。 b服 en

工播放

3图像监控的实现We服务器上的图像监控 B a中管理视频数据缓冲区， b e n 在缓冲区中实现对媒体数据的分割，户端建立一个 I客/线 O流程，过 HT P协议请求数据，次通过流技术返回一个媒体通 T每数据块和下一个数据块的地址，根据返回的地址发送请求。再这样，过合理设置数据块大小，以达到持续不断地从服务通可图 3自缓冲输入机制流程

工结束

采用自缓冲输入流机制，放线程和数据缓冲线程同时播工作。一方面播放器线程从数据缓冲区取出视频数据进行播放，另一方面数据缓冲线程根据缓冲池的情况从网络获取数据填入数据缓冲。

器获取媒体数据。

31手机端播放器的实现 .流媒体视频数据的播放采用 JME的多媒体处理框架 2 MMAP。 I MMA I主要的两个任务是：理数据传输协议和 P最处数据内容。处理数据传输协议就是把数据从数据源读入到媒体处理系统中。处理数据内容的意义在于将数据解析、码解

31 ..双 Pa e播放模式 2 l r y在客户端进行流媒体数据播放时，建两个 Pa e,个创 l r每 y Pae都启动一个播放线程，个 Pa e轮换播放。次从自 l r y两 l r y每

的手机实时监控系统的设计方案,涵盖了图像监控和数字监控两条通道, 实现了视频监控、 监控数据 实时查询、 告警和控制命令等功能。针对 图像监控通道中高实时性的要求, 提 出了双缓冲多线程图像捕捉、 自缓冲输入流机制、 双播放器播放模式 等多个创新方法对 系统进行优化。最后结合系统在动力环境监控 系统中应用案例, 表明了系统的可行性和可靠性,且系统具有较高的性能。

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2 1,1(0 0 03 1)

计算机工程与设计 C m ue n i e n n ei o p t E g er g d s n r n i a D g本地播放，时获取 coebe的输入流生成网络输出流，同 lnal DS实现视频数据的网络发送。需要指出的是，创建可克隆数据源c na l S是本地播放和网络发送的前提。 l ebe o D

缓冲区输入流中提取下载的数据块时，个 Pae轮换播放。两 l r y 在一个线程的 Pae将要播放完的时候唤醒另一个 Pae l r y l r的 y线程，并 pee

h一个 Pae。这样通过双 Pae播放模式 rf c另 t l r y l r y可以达到流畅视频播放效果。

数据源多路应用如图 5示。所

32图像监控端的实现 .图像监控端采用 J ( v多媒体框架)行视频数据的 MFJ a a进采集、缩、理和发送。 MF提供了丰富的类以用于处理视 压处 J

频和音频多媒体的捕获、放、发及控制，如何组织和使播收但用好他们，何高效地进行数据的捕获与压缩，如如何合理地利用好数据源的多路应用进行网络传输等，实现高效、定、对稳可靠的视频监控具有重要的意义。 图 5数据源多路应用

3 .视频数据的捕获 .1 2J MF视频数据可以通过多种途径获得，本系统的视频数据源来于摄像机。MF把数据源抽象为 D t ore象，过 J a S uc对 a通一

4数字监控的实现数字监控主要是实现监控数据实时查询、警查询、警告告的实时接收和控制命令等功能。监控客户端通过 H T T P连接方式与 We务器端的数字监控 B a信。通过主动发送请 b服 en通求的方式向组态软件请求实时数据。个通信协议定义如下：整 ()时数据请求信息 1实

个简单的连接协议管理媒体源，这种媒体源一般包含视而

频源或音频源。在创建视频数据源时，据相应的视频格式根扫描本地可用的输入设备以进行数据源的连接。

3 .双缓冲多线程技术 .2 2为了减少网络发送的数据量以提高传输效率，须对视必频图像数据进行压缩。为了提高系统的整体性能，我们采用了双缓冲多线程技术。样，像数据的采集，缩和传输可这图压以并发执行，从而提高了系统的效率。如图 4示，处理视所为频图像数据，软件在内存中分配两个数据源缓冲区和两个压缩数据缓冲区。频图像采集线程和 J视 MF软件压缩线程并行协调运作：视频图像采集线程从视频图像捕获设备上采集各帧图像数据，后分别存放到两个数据源缓冲区中；MF件然 J软压缩线程则分别从两个数据源缓冲区读取图像数据并进行压缩，

然后把压缩后的图像分别保存到两个压缩数据缓冲区。只

()时数据响应信息 2实

()警数据信息 3告

有在两个数据源缓冲区至少一个为空时视频图像采集线程才 进行数据采集；只有在数据源缓冲区至少有一个为满并且压缩数据缓冲区至少有一个为空时 J软件压缩线程才进行数 MF据压缩。可以有多个同时读取压缩后视频数据的线程，们它排成一个队列共享非空的压缩数据缓冲区的数据。当最后一

()制命令 4控

监控客户端使用 Tme与 Tm rak的功能定时从服务 i r i eT s类器读取监控数据， i类是一个定时器，以设定成特定时间 Tme可或者特定时间周期产生信号， i e ak类代表一个可以被定 Tm T s

个线程读取压缩数据缓冲区完成后，向视频图像采集线程将发出采集下一帧图像数据的命令。采集下一帧

时器进行时间控制的任务。 me旦与某个 Tm T s产生关 i T一 i e ak联就会在产生信号的同时连带执行 Tmeak所定义的工作。 i Ts 通过 Tme的 shd l方法设定数据的刷新的时间周期，将 i r ceue并它与 Tm rak联，旦 t e在设定的时间周期产生信号， i eT s关一 i r m

一

f数据流一广.—

I……………一 ——

I息…。 I消 据 l数源主/l冲区域1 _缓视频 f f频图 f捕 视像/一

;获取一缩后的 f帧压视频

TmeTs i rak的 rn u 法就会被执行。这样不需要在数据获取 0方

\ 2 J缓冲区域图 4视频图像采集与压缩

和刷新另外再开启一个线程，减小了程序的复杂度。l缓冲区 2

5应用案例分析本方案在某企业的动力环境移动实时监控项目中得到应用。监控系统采用多级分层的结构。如图 6示，监控中心所 (c负责配置管理下级一个或多个监控站 (S,控站管理一 S) S )监

323数据源多路应用 (据源 c n ) .-数 l e o对于捕获的视频数据，方面需要进行本地播放以监视一

捕获效果；另一方面需要把数据发送到 We b服务器

。创建可克隆数据源的是实现数据源多路应用的基础。 数据源 DS获取之后，用类 Maae的静态方法 cet.利 n gr ra e Co ebe a S uc,数据源 Da S uc产生相应的可克隆 l a l t ore对 n D a t ore a数据源 c nal,然后利用可克隆数据源创建 Pae进行 l ebe o DS l r y

个或多个端局(u, s )每个端局管理一个或多个设备。设备是具体的被监控对象，个设备具有多个监控信号，生数字监控每产数据，些信号超过一定的边界值会产生告警信息。个设备这每能接收特定的控制指令。图像数据监控设备现场运行情况。 (下转第 2 6 2 9页)

的手机实时监控系统的设计方案,涵盖了图像监控和数字监控两条通道, 实现了视频监控、 监控数据 实时查询、 告警和控制命令等功能。针对 图像监控通道中高实时性的要求, 提 出了双缓冲多线程图像捕捉、 自缓冲输入流机制、 双播放器播放模式 等多个创新方法对 系统进行优化。最后结合系统在动力环境监控 系统中应用案例, 表明了系统的可行性和可靠性,且系统具有较高的性能。

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